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Gerät zur quantitativen Hydrierung kleiner Substanzmengen Das Prinzip
einer katalytischen Hydrierung ist bekannt. Hierbei wird die zu hydrierende Substanz
zusammen mit dem Katalysator in einer Schüttelbirne mit Wasserstoff behandelt und
die aufgenommene Wasserstoffmenge volumetrisch gemessen. Es fällt bei der großen
Substanzmenge, welche hier verwendet wird, nicht ins Gewicht, daß auch der Katalysator
eine gewisse Menge Wasserstoff aufnimmt. Außerdem brauchen Temperaturschwankungen
nicht berücksichtigt zu werden. Bei der quantitativen Hydrierung in kleinem Maßstab
muß aber der Katalysator vorher mit Wasserstoff gesättigt werden. Ferner sind die
Temperaturschwankungen unbedingt zu berücksichtigen.
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Ein an sich bekanntes Gerät zur quantitativen Hydrierung arbeitet
nach der Kompensationsmethode und ist daher sehr kompliziert gebaut. Zur Einhaltung
der Temperaturkonstanz sind alle wesentlichen Teile des Apparates in einem großen
Thermostaten untergebracht, was eine sehr umständliche Zusammensetzung der Apparatur
vor jeder Messung erfordert.
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Außerdem besteht durch die Schütteleinrichtung eine erhöhte Bruchgefahr.
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Man hat auch schon eine elektromagnetische Rührung angewendet. Das
benutzte Prinzip eines sich drehenden Magneten, der einen Eisenstift im Reaktionskolben
mitführt, ist aber sehr unzuverlässig, da der Eisenstift unter Umständen ruckweise
mitgeführt wird. Beobachtungen an einer in dieser Weise konstruierten Apparatur
haben ergeben, daß eine dauernde Kontrolle der Apparatur während der Messung erforderlich
ist, weil der Eisenstift leicht liegenbleibt und erst durch eine entsprechende Einstellung
des Magneten wieder zum Mitgehen veranlaßt wird. Ein zweiter Nachteil der Apparatur
besteht darin, daß der Rührmagnet sehr genau justiert werden muß, was sich besonders
dann ungünstig auswirkt, wenn der Reaktionskolben wegen einer Beschädigung oder
aus anderen Gründen durch einen anderen Reaktionskolben ersetzt werden muß, weil
dieser nie genau die gleiche äußere Form hat. Der weitaus größte Nachteil dieser
Ilydrierapparatur ist aber die mangelnde Temperaturkontrolle. Die vom Elektromagneten
ausstrahlende Wärme läßt sich vom Reaktionskolben nicht fernhalten, außerdem wird
die im Kolben entstehende Reaktionswärme sowie die Schwankung der Außentemperatur
nicht kompensiert. In neuerer Zeit hat man auf zwei Wegen versucht, die Fehlerquellen
bei dieser Apparatur zu beseitigen. Nach dem einen Vorschlag wendet man die Kompensationsmethode
an. Die Apparatur ist in allen Teilen doppelt ausgeführt und somit sehr kostspielig.
Außerdem sind direkte Ablesungen nicht möglich. Man muß vor jeder Ablesung die Rührung
abstellen und 15 Minuten zwecks Tempe-
raturausgleich warten. Nach dem zweiten Vorschlag
wird das Reaktionsgefäß mit einem 28-l-Wassertank umgeben; aber auch diese Apparatur
ist kompliziert zusammengesetzt und umständlich zu bedienen.
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Aus dem Gesagten ergibt sich, daß es bisher nicht gelungen ist, ein
Reaktionsgefäß zu finden, welches gleichzeitig eine wirksame elektromagnetische
Rührung, eine sichere Ausschaltung von Temperaturschwankungen gestattet, leicht
herstellbar ist und auf einfache Weise bedient werden kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zu schaffen,
weiches dieses Ziel erreicht.
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Die Lösung wird dabei in der Weise herbeigeführt, daß es aus einem
länglichen, horizontal angeordneten, mit einem Einfüllstutzen nebst Schliff versehenen
Reaktionsgefäß, welches von einem mit Durchlaufstutzen versehenen Mantel umgeben
ist, aus mindestens einem im Reaktionsgefäß befindlichen Rührwerkzeug und aus mindestens
zwei von beiden Seiten iiber den Mantel des Reaktionsgefäßes schiebbaren Magnetspulen,
welche durch eine Schaltvorrichtung abwechselnd erregt werden, besteht. Dabei ist
eine Haltevorrichtung für einen Tiegel oberhalb des Reaktionsgefäßes angeordnet;
außerdem führte eine an die absperrbare Wasserstoffleitung angeschlossene Rohrleitung
zu einer Glasbürette Zweckmäßigerweise besitzt das Rührwerkzeug hochgebogene Enden;
es besteht aus Eisen und ist mit einem chemisch widerstandsfähigen Überzug, wie
Glas, Silber, Platin od. dgl. versehen.
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Um die Magnetspulen leicht über den Mantel des Reaktionsgefäßes schieben
zu können, sind sie auf Konsolen, welche schwenk- und/oder verschiebbar sind, angeordnet.
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Die Schaltvorrichtung für die Magnetspulen ist vorzugsweise elektronisch
gesteuert.
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Die oberhalb des Reaktionsgefäßes angeordnete Haltevorrichtung für
einen Tiegel besteht in an sich bekannter Weise aus einem Seitenstutzen und einem
in diesem verschiebbaren Eisenstift.
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Die- Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Gerätes zur quantitativen Hydrierung kleiner Substanzmengen schematisch dar, und
zwar zeigt Fig. 1 einen Aufriß mit teilweisem Schnitt, Fig. 2 einen Seitenriß mit
teilweisem Schnitt wobei die vordere Magnetspule abgenommen ist, Fig. 3 einen Grundriß
und Fig. 4 das durch Bürette und Wasserstoffleitung ergänzte Gerät.
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Ein zylindrisches, horizontal angeordnetes Reaktionsgefäß 1, welches
ein für die Hydrierung geeignetes Lösungsmittel 2 sowie einen Katalysator 3 enthält,
ist mit einem Einfüllstutzen 4 nebst Schliff 5 versehen. Es ist ferner von einem
zylindrischen Mantel 6 umgeben, an dessen Enden zwei Durchlaufstutzen 7 angeordnet
sind. In dem Reaktionsgefäß 1 befindet sich ein Rührwerkzeug 8, welches zweckmäßig
aus Eisen besteht, zweckmäßig die Form eines Bügels, eines Schiffchens oder einer
Hantel besitzt und zweckmäßig an der Oberfläche chemisch widerstandsfähig ist, beispielsweise
durch einen Überzug aus Glas, Silber oder Platin. Über den Mantel 6 ist auf jeder
Seite eine ringförmige Magnetspule 9 geschoben, welche über eine Schaltvorrichtung
10 erregt werden kann. Die Magnetspulen 9 sind auf schwenk- und/oder verschiebbaren
Konsolen 11 angeordnet. Rohre 12 und 13 verbinden das Reaktionsgefäß 1 mit einer
Glasbürette 14, welche zweckmäßig mit einem Mantel 15 zum Konstanthalten der Temperatur
versehen ist. Ein Hahn 16 dient zur Füllung der Apparatur mit Wasserstoff. Eine
Halte vorrichtung für den Tiegel 17 besteht aus einem Seitenstutzen 18 und einem
Eisenstift 19, der mit Hilfe eines Permanentmagnetstabes zur Seite gezogen werden
kann, worauf der Tiegel 17 mitsamt seinem Inhalt in das Reaktionsgefäß 1 fällt.
Das Reaktionsgefäß 1 und die oberhalb des Schliffs 5 liegenden Teile sind mitteIs
einer Feder 20 zusammengehalten.
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Die Anwendungs- und Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Gerätes zur
quantitativen Hydrierung kleiner Substanzmengen ist folgende: In das Reaktionsgefäß
1 werden ein für die Hydrierung gegeignetes Lösungsmittel 2 sowie ein Katalysator
3 eingebracht.
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Anschließend werden die schwenkbar auf Konsolen 11 angeordneten Magnetspulen
9 von beiden Seiten her über den Mantel 6 des Reaktionsgefäßes geschoben.
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Durch Einschalten der elektrischen Schaltvorrichtung 10, welche zweckmäßigerweise
an eine elektronische Steuerung angeschlossen ist, werden die beiden Magnetspulen
9 abwechselnd erregt, so daß das eiserne Rührwerkzeug 8 jeweils nach der einen oder
nach der anderen Seite gezogen wird. Durch die hochgebogenen Enden wird dabei das
Lösungsmittel 2 kräftig in wellenartige Bewegung versetzt und mit dem über ihm befindlichen
Wasserstoff in innige Berührung gebracht, welcher mittels des Hahnes 16 zugeführt
wird. Durch die Durchlaufstutzen 7 wird eine temperaturkonstant gehaltene Flüssigkeit
in die Mäntel 6 und 15 geleitet, so daß die gesamte Apparatur einschließlich der
Bürette 14 konstante Temperatur besitzt. Sobald die Sättigung des Katalysators 3
erfolgt ist, wird der Eisenstift 19 mit Hilfe eines Permanentmagnetstabes zur Seite
gezogen, so daß der Tiegel 17 in das Reaktionsgefäß 1 hinunterfällt. Die von der
im Tiegel 17
eingewogenen Substanz aufgenommene Wasserstoftmenge wird dann an der
Glasbürette 14 unmittelbar abgelesen.
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Die technischen Fortschritte, welche mit dem erfindungsgemäßen Gerät
zur quantitativen Hydrierung kleiner Substanzmengen erzielt werden, sind folgende:
Das Gerät ist trotz seiner Doppelwände und seiner seitlichen Stutzen technisch aus
Glas leicht herstellbar.
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Die rotationssymmetrische Form des Gerätes gestattet die Verwendung
von Magnetspulen. Da das Reaktionsgefäß durch eine Thermostatenflüssigkeit, die
es vollkommen umgibt, absolut temperaturkonstant gehalten wird, ist eine Erwärmung
der Magnetspulen ohne Einfluß. Trotz des großen Abstandes des Rührwerkzeuges von
den Magnetspulen wird es mit Sicherheit bewegt, weil die ringförmige Anordnung der
Magnetspulen die Einstellung ihrer größten Kraft in Richtung der mittleren Achse
gewährleistet. Die Magnetspulen sind im Gegensatz zu einem rotierenden Magneten
leicht justierbar, so daß die Apparatur leicht zusammengesetzt und auseinandergenommen
werden kann. Dadurch werden mehrere Versuchsreihen rasch hintereinander durchführbar.
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Die Magnetspulen können im Gegensatz zu einem rotierenden oder bewegten
Magneten auf elektronischem Wege gesteuert werden. Es entfallen daher die Anwendung
von Motoren oder von drehenden Teilen, welche die Apparatur erschüttern und dadurch
die Betriebssicherheit herabsetzen würden. Außerdem entfallen mechanisch betätigte
elektrische Kontakte, die sich leicht abnutzen; im Gegensatz dazu haben sich elektronische
Steuerungen in der Praxis als sehr betriebssicher und wartungsfrei erwiesen.
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Die Handhabung des Gerätes ist einfach und übersichtlich wegen der
direkten Messung der Wasserstoftaufnahme.
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Die Hydrierungsgeschwindigkeit ist groß wegen der Art der Rührung,
die durch dauerndes Zerschlagen der Oberfläche des Lösungsmittels einen innigen
Kontakt mit dem Wasserstoffgas hervorruft.
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Das Gerät läßt sich anstatt mit Wasserstoffgas auch mit anderen Gasen
füllen und ist somit außer zur quantitativen Hydrierung auch zur Messung der Aufnahme
von beliebigen Gasen durch Flüssigkeiten oder auch durch Lösungen von Substanzen
mit oder ohne Katalysator verwendbar.
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Durch die Freiheit der Apparatur von mechanischer Erschütterung wird
eine große Meßgenauigkeit erreicht. Beispiel einerMessung:Einwaage0,5 10-4Mol Zimtsäure;
gefunden 0, 98MolH2, berechnet 1, 00MolH2.
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Die besondere Form des Reaktionsgefäßes stellt eine technische Neuerung
und eine erhebliche Verbesserung dar und ergibt in Verbindung mit der Art der Rührung
und der Temperaturkonstanz der ganzen Anordnung die Möglichkeit, auf zur Zeit schnellstem
Wege und mit geringstem Aufwand quantitative Hydrierungen kleiner Substanzmengen
mit großer Genauigkeit auch in Serienmessungen durchzuführen.